Putting the “You” in CPU

Curious exactly what happens when you run a program on your computer? Read this article to learn how multiprocessing works, what system calls really are, how computers manage memory with hardware interrupts, and how Linux loads executables. — https://cpu.land/

@🅴🆁🆄🅰 🇷🇺 — original post
Весьма годная статья о том, как работает ОС и компы, на примере #linux и с оговорками про другие ОС.
Годная тем, что расписывает сразу несколько составляющих и довольно детально, а не поверхностно с упрощениями. Читать по порядку смысла нет, а надо сходу работать с оглавлением, понимая где и о чём рассказывается. А иначе, с непривычки, можно утонуть.
Оригинал, а не перевод (перевод).
Тот редкий случай, когда автор собрала много разнородных сведений в одну кучу с разных источников и при этом оперирует исходниками ядра для пояснения отдельных моментов, но раскрывая их последовательно.
Вот для примера:
--- spoiler ---
Что насчет памяти ядра? На самом деле, ядру требуется хранить много собственных данных для отслеживания всех запущенных процессов и той же таблицы страниц. При каждом прерывании или запуске системного вызова, когда ЦП входит в режим ядра, ядро должно каким-то образом получить доступ к этой памяти.

Решение Linux состоит в том, чтобы всегда выделять верхнюю половину виртуальной памяти ядру, поэтому Linux называется ядром старшей половины (higher half kernel). Windows практикует похожую технику, а macOS… немного более сложная (прим. пер.: обратите внимание, что здесь три разных ссылки).
...
Сама таблица страниц фактически содержится в пространстве памяти ядра! Когда чип таймера запускает аппаратное прерывание для переключения процессов, ЦП переключает уровень привилегий и переходит к коду ядра Linux. Нахождение в режиме ядра (кольцо 0 Intel) позволяет ЦП обращаться к защищенной области памяти ядра. Затем ядро может писать в таблицу страниц (которая находится где-то в этой верхней половине памяти) для повторной привязки нижней части виртуальной памяти для нового процесса. Когда ядро переключается к новому процессу и ЦП входит в режим пользователя, его доступ к памяти ядра закрывается.
......
В x86-64 исторически используется четырехуровневая иерархическая подкачка. В этой системе каждая запись в таблице страниц определяется путем смещения начала содержащей ее таблицы на часть (portion) адреса. Эта часть начинается со старших битов, которые работают как префикс, поэтому запись охватывает все адреса, начинающиеся с этих битов. Запись указывает на начало следующего уровня таблицы, содержащей поддеревья для этого блока памяти, которые снова индексируются следующим набором битов.

Разработчики четырехуровневой подкачки также решили игнорировать старшие 16 бит всех виртуальных указателей в целях экономии места в таблице страниц. 48 бит дают нам виртуальное адресное пространство размером 128 ТБ, что считается достаточно большим.

Поскольку первые 16 бит пропущены, "самые значащие биты" (most significant bits) для индексации первого уровня таблицы страниц фактически начинаются с 47-го, а не с 63-го бита. Это также означает, что приведенная выше диаграмма старшей половины ядра была технически неточной: начальный адрес пространства ядра должен быть изображен как середина адресного пространства размером менее 64 бит.
...
Я сказала, что x86-64 "исторически" использует четырехуровневую подкачку, потому что последние процессоры реализуют пятиуровневую подкачку. Пятиуровневая подкачка добавляет еще один уровень абстракции, а также еще 9 бит адресации для расширения адресного пространства до 128 ПБ с 57-битными адресами. Такая подкачка поддерживается Linux с 2017 г., а также последними серверными версиями Windows 10 и 11.
...
--- spoiler ---

Иначе говоря, описание «низкоуровневой магии» конечно присутствует и порой раздражает, но оно с картинками и весьма органично вписано в цельную картину.

#computers #computerscience #lang_ru @Russia@3zi.ru